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沸騰冷却装置

国内特許コード P160013233
整理番号 (S2012-0695-N0)
掲載日 2016年8月18日
出願番号 特願2014-523796
出願日 平成25年7月4日(2013.7.4)
国際出願番号 JP2013068446
国際公開番号 WO2014007354
国際出願日 平成25年7月4日(2013.7.4)
国際公開日 平成26年1月9日(2014.1.9)
優先権データ
  • 61/668,733 (2012.7.6) US
発明者
  • 大田 治彦
  • 小林 寛幸
  • 大谷 伸生
出願人
  • 国立大学法人九州大学
発明の名称 沸騰冷却装置
発明の概要 限界熱流束が高く、高い圧力かつ低い温度で動作可能な沸騰冷却装置を提供する。熱源3からの熱が伝えられる加熱部11を下部に備え、内部に冷媒が封入された密閉チャンバ10を有し、加熱部11から冷媒へ熱を伝えることにより熱源3を冷却する沸騰冷却装置であって、密閉チャンバ10の中には、第一冷媒と、第一冷媒とは溶解しない第二冷媒とが封入されており、熱源3が熱を生じる前の状態において密閉チャンバ10内には、液体の第一冷媒21と、液体の第二冷媒22と、気体の第一冷媒と気体の第二冷媒とを含む混合蒸気23とが存在している、沸騰冷却装置が提供される。
従来技術、競合技術の概要


近年の半導体技術の進展に伴い、半導体素子の発熱密度が急増している。このため冷却性能の高い冷却装置が求められている。そこで例えば特許文献1などにより、冷媒を沸騰させ、沸騰現象により熱を輸送する沸騰冷却装置が知られている。沸騰冷却装置は、冷媒の相変化による蒸発熱輸送を伴うため、高い冷却性能を持つ。

産業上の利用分野


本発明は、沸騰現象を利用して機器を冷却する沸騰冷却装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
熱源からの熱が伝えられる加熱部を下部に備え、内部に冷媒が封入された密閉チャンバを有し、前記加熱部から前記冷媒へ熱を伝えることにより熱源を冷却する沸騰冷却装置であって、
前記密閉チャンバの中には、第一冷媒と、前記第一冷媒とは溶解しない第二冷媒とが封入されており、
熱源が熱を生じる前の状態において前記密閉チャンバ内には、液体の前記第一冷媒と、液体の前記第二冷媒と、気体の前記第一冷媒と気体の前記第二冷媒とを含む混合蒸気とが存在している、沸騰冷却装置。

【請求項2】
前記第二冷媒は、前記第一冷媒よりも高い沸点および低い密度を有し、
熱源が熱を生じる前の状態において、液体の前記第一冷媒の体積は液体の前記第二冷媒の体積よりも小さい、請求項1に記載の沸騰冷却装置。

【請求項3】
熱源が熱を生じる前の状態において、前記加熱部から液体の前記第一冷媒の液面までの厚みが10mm以下である、請求項2に記載の沸騰冷却装置。

【請求項4】
前記密閉チャンバは、前記密閉チャンバ内の温度が前記第一冷媒の沸点よりも低い状態において前記加熱部の上方に液体の前記第一冷媒を一定量維持する仕切り壁を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。

【請求項5】
前記第二冷媒は、前記第一冷媒よりも高い沸点および高い密度を有する、請求項1に記載の沸騰冷却装置。

【請求項6】
前記第二冷媒が水である、請求項1から5のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。

【請求項7】
前記密閉チャンバは、放熱部と熱的に接続されて気体の前記第一冷媒および気体の前記第二冷媒を液体に戻す凝縮部を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。

【請求項8】
前記密閉チャンバは、
前記加熱部で加熱されて液体から気体とされた前記第一冷媒および前記第二冷媒を前記凝縮部に送る気体送り通路と、
前記凝縮部で気体から液体に戻された前記第一冷媒および前記第二冷媒を前記加熱部に戻す液戻し通路を有する、請求項7に記載の沸騰冷却装置。

【請求項9】
前記密閉チャンバと送り通路を介して接続されて、前記第一冷媒および前記第二冷媒の熱を外部に放熱する冷却部と、
冷却された前記第一冷媒および前記第二冷媒を前記密閉チャンバに戻すポンプと、を備えた請求項1から6のいずれか一項に記載の沸騰冷却装置。

【請求項10】
前記密閉チャンバは、下方に向かって開口し、発熱体の加熱の前後においてその内部に気体の前記第一冷媒および気体の前記第二冷媒を一定量保持する気泡トラップを有する、請求項9に記載の沸騰冷却装置。

【請求項11】
前記冷却部で冷却された第一冷媒および第二冷媒が、気液分離器を介さずにポンプに送り込まれている、請求項10に記載の沸騰冷却装置。

【請求項12】
前記加熱部の上面は、熱源に作用する加速方向の逆側に向かって高くなるように傾斜している、請求項1から11のいずれか一項に記載された沸騰冷却装置。

国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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